含沙率对浑水膜孔灌单孔自由入渗特性的影响

为揭示含沙率对浑水膜孔灌单孔自由入渗特性的影响,通过室内浑水膜孔灌单孔入渗试验,研究了西安粉壤土在不同浑水含沙率(0、3%、6%、9%、12%)时的入渗特性,分别建立了不同浑水含沙率的膜孔灌单孔自由入渗垂直湿润锋运移距离、单位膜孔面积累积入渗量与入渗时间和含沙率的模型,并引入了减渗率来表述浑水含沙率对膜孔灌单孔自由入渗的减渗效果。结果表明,湿润锋运移距离、单位膜孔面积累积入渗量及稳定入渗率均随着浑水含沙率的增大而减小;在相同的入渗时间内,随着含沙率的增大,入渗系数K逐渐减小,减渗率η逐渐增大;不同浑水含沙率膜孔灌单孔自由入渗的减渗率与入渗时间之间呈极显著的幂函数关系;入渗初期的减渗率变化最大,入渗200 min以后的减渗率基本趋于稳定。     

浑水膜孔灌自由入渗特性试验研究

通过室内相同条件下清水膜孔灌自由入渗和4种不同含沙率的浑水膜孔灌自由入渗试验,研究了不同含沙率对浑水膜孔灌自由入渗特性和灌水结束后湿润体内水分分布情况的影响,建立了浑水膜孔灌自由入渗参数、湿润锋运移参数和灌水结束后湿润体内水分分布曲线参数与不同含沙率的关系,提出了不同含沙率的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量模型、湿润锋运移模型和灌水结束后湿润体内水分分布曲线模型,以及不同含沙率的浑水膜孔灌自由入渗相对相同条件下清水膜孔灌自由入渗的减渗特性及其影响规律.结果表明:随着浑水含沙率的增大,累积入渗量逐渐减小,且均小于相同条件下的清水累积入渗量,入渗系数K随着含沙率的增大而减小,入渗指数α随着含沙率的增大而增大;在相同入渗时间内,随着浑水含沙率的增大,垂直和水平湿润锋运移距离都逐渐减小;灌水结束后湿润体内垂直方向和水平方向质量含水率均随着距膜孔中心距离的增大而逐渐减小;不同含沙率的浑水膜孔灌自由入渗与相同条件下清水对比具有减渗作用,随着含沙率的增大,减渗率逐渐增大.     

浑水膜孔灌单向交汇入渗特性试验研究

为了了解含沙率对浑水膜孔灌单向交汇入渗特性影响情况,对比分析了不同含沙率的浑水膜孔灌单向交汇入渗数据,在此基础上通过模型分析了浑水膜孔灌单向交汇入渗参数、湿润锋运移参数与含沙率的关系;提出了不同含沙率的浑水膜孔灌单向交汇入渗单位膜孔面积累积入渗量模型、自由面和交汇面湿润锋运移模型;揭示出不同含沙率的浑水膜孔灌单向交汇入渗与同一条件下清水的减渗特性及其影响规律.由所得结果发现,浑水含沙率与单位膜孔面积累积入渗量之间存在负相关关系,而入渗系数与含沙率也存在同样的关系,入渗指数与含沙率的相关性为正相关;交汇时间随含沙率逐渐增大而逐渐增加;在同一入渗时间内,随浑水含沙率增大,自由面和交汇面的垂直和水平湿润锋运移距离都不断减小;各种含沙率条件下的浑水膜孔灌单向交汇入渗与相同条件下的清水对比,减渗结果存在明显的差异,在含沙率增大的过程中,减渗率也逐渐增大.     

泥沙粒度组成对浑水膜孔灌单向交汇入渗特性的影响

通过室内相同条件下清水膜孔灌单向交汇入渗和4种不同泥沙粒度组成的浑水膜孔灌单向交汇入渗试验,研究不同泥沙粒度组成对浑水膜孔灌单向交汇入渗特性的影响;建立浑水膜孔灌单向交汇入渗量、单向交汇时间、湿润锋运移距离与不同泥沙粒度组成的关系;提出不同泥沙粒度组成下浑水膜孔灌单向交汇入渗单位膜孔面积累积入渗量模型、自由面和交汇面湿润锋运移距离模型;并揭示不同泥沙粒度组成下浑水膜孔灌单向交汇入渗相对相同条件下清水膜孔灌单向交汇入渗的减渗特性。结果表明,浑水膜孔灌单向交汇入渗单位膜孔面积的累积入渗量随着物理性粘粒含量d0.01(粒径小于0.01 mm的颗粒含量)的增大而逐渐减小;入渗系数K随着d0.01的增大而减小,入渗指数α随着d0.01的增大而增大;在相同入渗时间内,随着物理性粘粒含量d0.01的增大,自由面和交汇面垂直和水平湿润锋运移距离都逐渐减小,减渗率逐渐增大。     

不同膜孔直径的浑水膜孔灌自由入渗特性研究

根据室内浑水膜孔灌自由入渗试验资料,对比分析了浑水与清水膜孔灌自由入渗的区别,研究了不同膜孔直径的浑水膜孔灌自由入渗特性及浑水膜孔灌自由入渗与浑水垂直一维入渗之间的关系;建立了浑水膜孔灌自由入渗参数、湿润锋运移参数与不同膜孔直径的关系;提出了不同膜孔直径的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量模型、稳定入渗率模型、单位膜孔面积侧渗量模型和湿润锋运移模型。结果表明,浑水膜孔灌自由入渗随着膜孔直径的增大,单点膜孔累积入渗量逐渐增大,单位膜孔面积累积入渗量和单位膜孔面积侧渗量逐渐减小;不同膜孔直径的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量的入渗系数K和入渗指数α都随着膜孔直径的增大而减小,单位膜孔面积侧渗量的入渗系数Kc随着膜孔直径的增大而减小,侧渗量入渗指数αc随着膜孔直径的增大而增大;在相同入渗时间内,随着膜孔直径的增大,垂直和水平湿润锋运移距离都逐渐增加。     

不同含沙率浑水膜孔灌三维Green-Ampt入渗模型

通过室内浑水膜孔灌入渗试验,基于三维Green-Ampt模型建立相关的物理模型,研究浑水含沙率对浑水膜孔灌自由入渗的影响.将浑水泥沙对水分入渗的影响概化为水土界面沉降层的减渗作用,以清水膜孔灌为基础,得到不同含沙率下水土界面沉积层减渗作用随时间的变化规律.研究结果表明,沉淀层减渗作用随着浑水含沙率的增大而增大,含沙率越高,减渗作用越明显,同一含沙率浑水减渗作用与时间具有较好的幂函数关系,该减渗作用力最大值出现在土壤水分入渗初期,前30 min减渗作用力明显较大,30 min后减渗作用力变化趋势逐渐减小,100 min后基本趋于稳定状态.该研究为后续浑水膜孔灌自由入渗研究奠定了基础,而且在灌溉理论发展和实际应用方面具有重要的科学价值.     

膜孔灌自由入渗条件下VG模型参数的敏感性分析

【目的】探究膜孔灌自由入渗条件下VG模型参数敏感性。【方法】基于HYDRUS-2D软件,采用单因子扰动分析方法,研究vanGenuchten方程中α、n、θ_r对膜孔灌单点源自由入渗特性的影响。【结果】(1)单位膜孔面积累积入渗量与α负相关,与n正相关,θ_r对单位膜孔面积累积入渗量无影响。水平湿润锋运移距离与α负相关,θ_r对其无影响。垂直湿润锋运移距离与θ_r负相关,与n正相关。入渗结束时高含水率湿润体面积与θ_r、n正相关,n的扰动对高含水率湿润体面积影响最大。(2)单位膜孔面积累积入渗量的相对灵敏度随α增大而逐渐减小,α的正扰动对单位膜孔面积累积入渗量的影响程度弱于负扰动。α负扰动时,水平湿润锋运移距离的相对灵敏度随扰动幅度的增大而逐渐增大;α正扰动时,水平湿润锋运移距离的相对灵敏度随扰动幅度的增大而逐渐减小。(3)n负扰动时,单位膜孔面积累积入渗量与垂直湿润锋运移距离的相对灵敏度均随扰动幅度的增大呈先增加后减小的趋势;n正扰动时,单位膜孔面积累积入渗量的相对灵敏度随扰动幅度的增...     

浑水膜孔灌入渗影响因素

为了揭示浑水入渗与清水入渗的差异,通过大量浑水膜孔灌自由入渗试验资料,分析了影响浑水膜孔灌自由入渗能力的因素,研究了泥沙粒度组成、膜孔直径、土壤容重和土壤初始含水量对浑水膜孔灌自由入渗能力的影响,结果表明各因素对膜孔灌自由入渗能力均有显著的影响,提出了各影响因素与浑水膜孔灌入渗能力之间的关系,建立了泥沙粒度组成、膜孔直径、土壤容重以及土壤初始含水量的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量和稳定入渗率模型,其相关系数均大于0.960 0,根据入渗时间利用这些模型可求得相应的累积入渗量、稳定入渗率,从而进一步判断浑水膜孔灌土壤的自由入渗能力.结论可为更深入地研究浑水膜孔灌自由入渗规律和浑水膜孔灌技术提供参考.     

膜孔直径对微咸水膜孔灌土壤水盐氮运移分布影响

通过室内不同膜孔直径膜孔灌单点源微咸水入渗试验,分析了相同灌水时间下膜孔直径对微咸水膜孔灌土壤水、盐、硝态氮运移分布影响,结果表明:膜孔直径越大,相同入渗时间的累积入渗量越大;相同入渗时间,湿润锋运移距离随膜孔直径的增大而增大;灌水结束时,膜孔直径越小,相同位置的土壤含水量越小;土壤硝态氮含量随着距离膜孔中心距离增大而减小,随着膜孔直径的增大而增大,而土壤含盐量则相反。以上研究结果可以为合理利用微咸水进行膜孔灌灌溉提供理论依据。     

保水剂混施厚度对土壤水分垂直入渗特性的影响

通过室内混施保水剂水分入渗试验,研究了保水剂混施厚度对土壤水分垂直入渗特性的影响。结果表明,混施保水剂不同程度上减小了土壤水分入渗率、累积入渗量和湿润锋运移距离。保水剂混施厚度越大,对入渗率的抑制程度越大,累积入渗量和湿润锋运移距离越小。随着入渗时间的延长,土壤水分入渗率逐渐减小,累积入渗量和湿润锋运移距离却逐渐增大。...     

土壤容重对一维垂直浑水肥液入渗水氮运移特性影响

为了揭示土壤容重对浑水肥液入渗水氮运移特性的影响,通过室内土柱试验,研究不同土壤容重(1.30,1.35,1.40,1.45 g/cm³)累积入渗量、湿润锋运移距离、土壤含水率分布规律以及土壤硝态氮运移特性,采用Philip入渗模型和电容充电经验模型对累积入渗量进行了拟合,建立了累积入渗量、湿润锋运移距离与土壤容重之间的关系.结果表明:在同一入渗时间下,浑水肥液累积入渗量随土壤容重的增大而减小;土壤容重越大,湿润体体积、湿润体内水分及硝态氮分布范围均越小.浑水肥液累积入渗量符合Philip入渗模型和电容充电经验模型;湿润锋运移距离与入渗时间呈显著幂函数关系;供水结束后土壤含水率及硝态氮含量均随着入渗深度的增加而减小;随着土壤水分再分布上层土壤硝态氮逐渐减小,下层逐渐增大,再分布2 d后硝态氮含量在湿润锋附近出现峰值,整个湿润体硝态氮含量分布趋于均匀.研究成果为进一步研究浑水肥液入渗氮素运移提供基础参考.     

沙管深度对盐碱土膜孔灌土壤水盐运移的影响

通过室内不同沙管深度的盐碱土膜孔灌自由入渗试验,研究了沙管深度对盐碱土土壤水盐运移的影响。结果表明,相同入渗时间,累计入渗量随着沙管深度的增加而增加,并与入渗时间呈幂函数关系;不同沙管深度的湿润锋运移距离随着时间延长而增大,与入渗时间符合幂函数关系;相同入渗时间,湿润锋运移距离随着沙管深度的增加而增大;随着距沙管中心距离的增加,不同沙管深度的土壤含水率减小,电导率值增大;随着沙管深度的增加,脱盐区范围逐渐增大。以上研究结果可为盐碱土改良措施提供合理依据。     

入渗水头对膜下小管岀流垄沟灌土壤水分运移影响

通过室内不同入渗水头的膜下小管岀流垄沟灌自由入渗试验,研究了入渗水头对土壤水分运移的影响。试验为3个不同入渗水头(3、4、5 cm)的膜下小管岀流垄沟灌和入渗水头为4 cm的膜下垄沟滴灌(CK),结果表明,在灌水期间,累积入渗量和湿润锋运移距离随着时间的延长而增加;相同入渗时间,随着入渗水头的增加,累积入渗量增加,湿润锋水平运移距离逐渐增大,而垂直运移距离逐渐减小;随着距垄沟中心距离的增加,土壤含水率减小,但土壤含水率的分布均匀度随着入渗水头的增加而增大。以上研究结果可为膜下小管岀流垄沟灌的推广使用提供依据。     

膜孔灌多向交汇入渗交汇界面面积特性和数学模型研究

通过室内膜孔入渗试验资料,分析了膜孔多向交汇入渗量、减渗量和交汇界面面积的变化规律,研究了膜孔交汇入渗相对膜孔自由入渗的减渗特性,建立了膜孔多向交汇入渗减渗率与交汇界面面积的线性函数关系,由此建立了膜孔灌多向交汇入渗量的计算公式。以上研究成果为膜孔灌理论与技术要素的进一步研究奠定了科学基础。     

层状土膜孔灌肥液自由入渗氮素运移转化模拟研究

采用试验与数值模拟相结合的方法，探究了层状土条件下膜孔灌肥液自由入渗氮素运移转化规律。试验设置了3种夹砂层位置，利用HYDRUS-3D模型对层状土膜孔灌肥液自由入渗水氮运移和氮素转化过程进行模拟预测，并进行了验证。研究表明:根据简化膜孔灌入渗量的计算方法，将膜孔灌分为垂直一维入渗和膜孔侧渗，膜孔侧渗量在膜孔入渗量中起主导作用，并且受夹砂层位置的影响较大，随夹砂层埋深的增加而增大，而夹砂层位置对垂直一维入渗减渗作用较小；层状土膜孔灌湿润体的湿润锋面形状与均质土的半球体或半椭圆体有明显不同，并且在土?砂交界处有明显的不连续现象；随再分布时间的延长，土壤湿润体中尿素含量整体呈降低趋势；再分布阶段，膜孔中心处附近铵态氮均大于湿润锋处的，并随着远离膜孔中心方向逐渐减小，铵态氮主要集中分布在夹砂层以上土层中，并且在土?砂界面含量明显增加；随着时间的增加，相同位置处的硝态氮含量增大，水平湿润锋处的硝态氮含量较膜孔中心附近的增加速度快，并在土?砂界面含量较大；尿素转化运移过程中氮素的实测值与模拟值一致性较好，说明氮素链式反应参数选取较合理，模型模拟效果较好。该研究为模拟预测层状土条件下膜孔灌肥液自由入渗氮素运移和转化规律提供了理论和方法基础。      

添加γ-聚谷氨酸的浑水膜孔灌单点源自由入渗特性

为探究聚谷氨酸对浑水膜孔灌条件下土壤水分入渗运动和土壤改良方面的影响,基于室内浑水膜孔灌单点源自由入渗试验,研究了不同γ-PGA施量配比(0,0.1%,0.5%,1.0%)对水分入渗及持水能力的影响.研究结果表明,对于累积入渗量,与处理C相比,处理C1、处理C2、处理C3的累积入渗量分别减小了17.27%,30.91%和42.73%,稳定入渗率分别减小了17.28%,35.79%和57.32%,但土壤饱和含水率分别增加了7.38%,35.27%和39.62%;Kostiakov公式中K值从0.132 8减小到0.070 7,α值从0.774 6增大到0.812 7;γ-PGA会阻碍垂直湿润锋运移,使得土壤水分保持在土壤根系吸水层,但对水平湿润锋的运移并没有阻碍作用,并且对土壤水分的水平运动有推进作用,0.5%γ-PGA施量效果最显著;另外,γ-PGA改变了土壤剖面水分分布,在浑水膜孔灌中,可将水分集中在土壤上层,提高灌溉水利用效率.     

多因素浑水膜孔灌入渗特性分析

主要选取土壤容重、土壤初始含水率、膜孔直径和浑水含沙率4个影响因素,研究多个因素综合作用下的浑水膜孔灌单点源入渗特性及分析各因素的敏感性.试验采用正交设计,利用SPSS软件多元回归分析法,对四因素影响下的单位膜孔面积累积入渗量进行了回归分析,拟合决定系数R=0.98,表明各影响因素均对浑水膜孔灌单点源入渗有影响.利用相对值法分析了各因素入渗参数对单位膜孔累积入渗量的影响程度,且显著程度由大到小依次为膜孔直径、土壤容重、土壤初始含水率、浑水含沙率;利用敏感性指标判断得出在同一入渗时间,各影响因素越大对浑水膜孔灌单点源入渗的入渗速率的影响越弱.     

肥液浓度对膜孔单向交汇入渗湿润

通过清水与不同肥液浓度的膜孔单向交汇入渗室内试验,研究了不同浓度的肥液膜孔入渗湿润锋运移特性,建立了湿润锋运移距离与入渗时间的模型,提出了膜孔湿润锋运移距离随肥液浓度的增加而增大的规律;建立了由清水湿润锋运移参数和肥液浓度推求肥液入渗膜孔中心和交汇中心垂直湿润锋运移距离的模型,经实测资料验证表明,模型精度均较高;建立了膜孔单向交汇入渗交汇时间与肥液浓度之间的指数函数模型。该研究成果为进一步进行膜孔灌溉技术研究奠定了科学基础。     

地下水浅埋下层状土壤波涌畦灌间歇入渗模型研究

为进一步揭示地下水浅埋下的层状土波涌畦灌间歇入渗机制,通过试验资料分析与理论研究,建立了波涌灌间歇入渗条件下的层状土Brook-Corey和Green-Ampt（BC-GA）改进入渗模型,推导出层状土间歇入渗湿润锋面水吸力与湿润锋运移深度的函数关系,确定了含砂层内部土壤饱和导水率、进气吸力是层状土间歇入渗运移距离变化的主要影响参数。周期数增大,上层土壤饱和导水率减小,饱和含水率减小,进气吸力增大,夹砂层内部仅进气吸力随周期数增加而增大。根据BC-GA模型计算不同埋深的含砂层土壤间歇入渗特性及湿润锋运移特性,对比分析指出,周期数增加,相同含砂层埋深下的累积入渗量减小,湿润锋运移距离增大;含砂层埋深增加,相同供水周期的累积入渗量增大,湿润锋增大;供水周期达到最大时,含砂层埋深对累积入渗量和湿润锋运移距离影响减小。     

地下水浅埋下的层状土壤波涌畦灌间歇入渗模型研究

为了进一步揭示地下水浅埋下的波涌畦灌层状土间歇入渗水分入渗机制,通过试验资料分析与理论研究,建立了波涌灌间歇入渗条件下的层状土BC-GA(Brook-Corey和Green-Ampt)改进入渗模型,确立了层状土间歇入渗湿润锋面水吸力与湿润深度的函数关系,表明其湿润锋面水吸力随深润深度的增加逐渐减小,确定了含砂层内部土壤饱和导水率、进气吸力变化是层状土间歇入渗运移距离变化的主要影响参数,周期数增大,上层土壤饱和导水率减小,饱和含水率减小,进气吸力增大,夹砂层内部仅进气吸力随周期数增加而增大;根据BC-GA模型计算不同埋深的含砂层土壤间歇入渗特性及湿润锋运移特性对比分析指出,周期数增加,相同含砂层埋深下的累积入渗量减小,湿润锋运移距离增大;含砂层埋深增加,相同供水周期的累积入渗量增大,湿润锋增大,供水周期达到最大时,含砂层埋深对累积入渗量和湿润锋运移距离影响减小。该研究为波涌灌技术进一步发展奠定了科学基础。